Come migliorare il sistema MBBR e ridurre il consumo di energia

Sviluppati in altezza

La depurazione è un lavoro quasi sartoriale, in cui le soluzioni devono vestire su misura della cartiera. E quando la sfida sono spazi ristretti e la necessità di scaricare in sicurezza in acque superficiali, la risposta è un progetto impiantistico che unisce una tecnologia biologica innovativa a un compressore a vite.

La depurazione in cartiera può essere ottimizzata in svariati modi; mettere mano a un assetto già esistente degli impianti e laddove vi siano limitazioni dovute alla configurazione dello stabilimento complica certamente la sfida. È però sempre possibile intervenire, il segreto sta nel trovare la soluzione tecnologica che meglio si adatta alle peculiarità del sito. È quello che è accaduto a Lucca, nello stabilimento di uno dei più importanti produttori di carta da onda del distretto cartario, Toscopaper. Qui Robuschi, in partnership per la parte ingegneristica con Italprogetti, ha fornito le tecnologie per la depurazione, lavorando per offrire la soluzione più idonea in base alle reali esigenze di impianto in termini di efficienza, affidabilità e semplicità di manutenzione.

Tecnologia a massa adesa

La necessità era di intervenire su un impianto già funzionante che non rispondeva più alle esigenze di sviluppo dalla cartiera. La soluzione è stata sviluppata da Italprogetti (www.italprogetti.It) che ha pensato di applicare un tipo di tecnologia che sino a quel momento aveva implementato solo nel settore della depurazione municipale, adeguandola però alle specifiche caratteristiche dello stabilimento. Si è trattato di un impianto biologico Mbbr - Moving bed biofi lm reactor - ovvero un reattore a biomassa adesa aletto mobile. «Questo tipo di trattamento biologico» spiega Daniele Bacchi, responsabile del settore depurazione di Italprogetti, «prevede che le colonie batteriche in grado di degradare le sostanze organiche presenti nel refluo, depurandolo, non siano libere di muoversi nell'acqua, ma restino adese a speciali supporti plastici, i carrier. A loro volta questi sono mantenuti in sospensione all'interno del reattore grazie all'azione miscelante del sistema di aerazione, che ha lo scopo di trasferire al sistema l'ossigeno necessario al trattamento, iniettando aria compressa. Apposite griglie installate nel reattore biologico impediscono la fuoriuscita dei carrier con l'acqua trattata, eliminando il rischio di perdita di biomassa a eccezione di quella di supero che, esfoliandosi spontaneamente dai carrier, viene poi allontanata dal sistema biologico.

Mbr, in caso di tissue

Per le cartiere tissue, invece, in cui la tipologia delle acque, le loro quantità in gioco e la salinità pongono problematiche diverse rispetto a quelle riscontrate nella produzione della carta da onda, Italprogetti propone la tecnologia Mbr - Membrane bio reactor. "Si tratta di un bioreattore a membrana che stiamo sperimentando con successo in importanti realtà del settore" spiega Daniele Bacchi. "Questa tecnologia prevede che la biomassa sia sospesa con il ricorso a un reattore biologico tradizionale, ma al posto del sedimentatore finale installa membrane di ultrafiltrazione semi permeabili, che permettono la separazione tra l'acqua trattata e il fango attivo".

Ciò consente non solo di aumentare la concentrazione del fango attivo di quasi tre volte, ma anche di ridurre i volumi e di ottenere un'acqua trattata finale ultrafiltrata; "praticamente la tecnologia Mbr è un impianto biologico e terziario insieme, in quanto permette di ottenere sia un trattamento biologico sia una filtrazione finale davvero molto spinta che potrebbe persino consentire un riciclo diretto delle acque». Il sistema è indicato anche in caso di maggiore chiusura dei cicli. Infatti i parametri di Cod e salinità risultano trattati e ridotti adeguatamente, «il primo è gestito riciclando le acque, senza aumentare il livello Cod presente nel ciclo produttivo, mentre per spingere ulteriormente la chiusura senza influire sulla salinità - che aumenta in genere nel ciclo di macchina proprio chiudendo il ciclo - la soluzione è applicare un sistema Mbr seguito da un'osmosi inversa che consente di riciclare un'acqua anche con valori bassissimi dei due parametri".

"Abbiamo rinnovato un pretrattamento acque esistente con una soluzione biologica rispondente alle esigenze della cartiera, realizzando così un impianto nuovo ed efficiente" Daniele Bacchi, responsabile del settore depurazione di Italprogetti.

"Questo è un aspetto assai importante, soprattutto nel settore cartario, in cui, nei processi tradizionali a fanghi attivi con sedimentatore, i fiocchi di fango risultano particolarmente leggeri e non ben sedimentabili, e il rischio di trascinamento di biomassa con le acque trattate è assai rilevante. In queste condizioni il ricorso alla tecnologia Mbbr, anche in caso di problemi gestionali, di errori di dosaggio o altro, assicura la permanenza dei batteri in vasca e quindi una ripresa del sistema, con il ripristino delle condizioni ottimali, in tempi brevi, riducendo i volumi in gioco di circa due o tre volte rispetto a una tecnologia di tipo tradizionale".

Non solo, la cartiera presentava alcuni aspetti peculiari anche per il tipo di refluo, con un Cod elevato in ingresso, una frazione elevata di sostanze organiche difficilmente biodegradabile e un'alta concentrazione di calcio. "Queste esigenze hanno richiesto, oltre all'impianto Mbbr, anche l'implementazione di altre soluzioni tecnologiche per evitare che la consistente frazione poco biodegradabile inficiasse il risultato del Cod in uscita e che il calcio precipitasse sui carrier limitandone l'efficacia". Per la risoluzione del problema, dei tre reattori Mbbr disposti in serie che erano stati installati, l'ultimo è stato dedicato al riciclo del fango attivo; "questo ha permesso proprio di tenere sotto controllo la frazione poco biodegradabile di Cod, mentre il livello di calcio è stato gestito con un oculato controllo del pH nei reattori e con il dosaggio di un prodotto che ne impedisce la precipitazione".

Si è così ottenuto un impianto con portate pari ai mille mᶟ a giorno, con un Cod di circa 4.500 mg/l in ingresso, che in uscita si mantiene invece tra gli 80 e i 100 mg/l, quindi ampiamente al di sotto del valore limite per l'autorizzazione allo scarico in acque superficiali che è di 160 mg/l.

La scelta del compressore a vite

La soluzione di Italprogetti ha permesso di rispondere anche a un’altra precisa necessità di Toscopaper. Oltre a dovere scegliere una tecnologia che riducesse in generale i volumi, una delle peculiarità dell’intervento era di adeguarsi agli spazi molto ristretti che si avevano a disposizione. Per questo motivo, spiega Bacchi, «si è resa necessaria una soluzione con reattori molto alti – oltre gli 8 metri di altezza – per i quali una tecnologia tradizionale, quale quella dei soffiatori a lobi, sarebbe stata estremamente dispendiosa in termini di energia. Si è optato, quindi, per due gruppi compressori WS 85/3P della serie ROBOX SCREW Low pressure di Robuschi che, grazie alla maggiore efficienza, hanno permesso di ridurre le potenze in gioco con grandi benefici per i costi operativi dell’impianto. I due gruppi compressori funzionano ognuno a una pressione di 880 mbar con una portata al massimo punto di lavoro di 1.994 Nm3/h». I compressori Robuschi sono oil free, e garantiscono un funzionamento ancora più rispettoso dell’ambiente (Certificazione Class 0, secondo la normativa ISO 8573-1); sono silenziosi, con un’emissione sonora minima, grazie alla compressione interna ad alto rendimento, silenziatori e cabine di ultima generazione e semplici da manutenere, grazie al design essenziale e robusto.

Uno dei motivi che rendono questa scelta impiantistica ideale per l’ammodernamento dell’esistente è proprio la sua capacità di migliorare e semplificare la gestione dell’impianto e di ridurre i consumi energetici, obiettivo esplicitato dallo stesso Bacchi. "A questo scopo insieme a Robuschi abbiamo operato un monitoraggio dei compressori, sui quali l’azienda è stata anche in grado di modificare l’assetto iniziale, agendo sulle pulegge e le cinghie dei compressori per ottimizzarne durata, manutenzione e soprattutto consumo energetico". Il compressore Robuschi, spiega l’ingegnere, è una soluzione a vite invece che una tradizionale a lobi, che "permette un’erogazione continua del flusso d’aria. Inoltre è provvisto di inverter che, in base alla concentrazione in vasca di ossigeno disciolto, modula la velocità dei soffiatori così da erogare solamente la quantità di aria strettamente necessaria, mantenendo l’ossigeno disciolto a valori ottimali e riducendo nel contempo il consumo energetico. Il compressore a vite inoltre permette di raggiungere pressioni in mandata più alte delle soluzioni a lobi; quando gli impianti si sviluppano in altezza, si dimostra quindi la scelta migliore e facilmente modulabile per i picchi di portate. Ma l’aspetto più interessante è che, soprattutto con altezze importanti, il dispendio energetico è ridotto rispetto alle soluzioni tradizionali, indicativamente tra il 15 e il 20% a seconda delle condizioni di lavoro", un vantaggio notevole che contribuisce a un rapido rientro economico dell’investimento fatto per l’impianto.

Opportunità nella carta

L’innovativo impianto di depurazione della cartiera Toscopaper è in funzione con successo dal 2013 e la collaborazione con i suoi fornitori continua con un servizio di assistenza costante. Ogni quindici giorni viene effettuato un controllo dell’impianto, misurandone le funzioni vitali, con operatori che agiscono recandosi direttamente in stabilimento per verificare di persona la rispondenza di tutti i parametri. A questo è affiancato anche un sistema di verifica da remoto attraverso il telecontrollo. "Ora il nostro obiettivo durante l’anno in corso» conclude Bacchi «è di potere replicare questa nostra tecnologia anche in altre realtà del settore cartario".

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